世界最小電影是怎樣製作出來的？

你可能看過無數的電影，其中有最感人至深的，有最令人捧腹的，但是你欣賞過由吉尼斯世界紀錄認定的世界上最小的電影嗎？

2013年5月2日，IBM的科學家發布了一分半左右的影片名為《男孩和他的原子》。黑白的顏色，球狀顆粒組成的圖形和極其簡單的劇情讓人以為這是十九世紀的拙作。但事實上，這部短短的影片使用了當今世界最尖端的技術——簡而言之，你看到的「影片」是被放大了一億倍之後的效果。

那麼，這部世界最小影片是怎樣製作出來的呢？IBM科學家的「幕布」是銅製的襯底，而「演員」竟是一個一個的一氧化碳分子。科學家們通過對銅襯底表面上一氧化碳分子的移動和擺放，形成單幀靜態的原子尺度的圖像。令人感興趣的是，他們是如何「擺放」大小不足一個納米的一氧化碳分子呢？又是怎樣「拍攝」出這樣微小的影像呢？

IBM的科學家使用掃描隧道顯微鏡（STM）進行原子尺度的成像。STM控制一根尖尖的探針，沿銅襯底表面進行逐行掃描，當探針尖端靠近樣品時，加在探針和樣品上的電壓會在兩者之間產生隧道電流，其大小與兩者的間距有關。當掃描探針遇到一個一氧化碳分子時，儀器感受到電流的變化，並通過反饋機制抬高探針來維持隧道電流的恆定，抬起的高度就反映了原子的形貌。逐行掃描完成時就「看到」了原子尺度的畫面。

這就像是盲文的閱讀方式：當你閉上眼睛用手指在桌子上撫摸，遇到凸起或凹下的地方就記下手指抬起或按下的高度。這樣不需要睜開眼睛，你也能知道桌子表面的形狀。掃描隧道顯微鏡的工作原理與此類似，但精確和可靠得多。IBM的這種儀器重達兩噸，其中的各種機構和電路能夠將溫度、壓力和振動頻率控制在極其精準的範圍內。它工作在液氦的溫度（也就是零下二百六十八攝氏度）環境下，它的手指——探針尖端通常只有一個原子。 

回答了如何「拍攝」原子後，「擺放」原子也就順理成章。IBM的科學家仍然利用掃描隧道顯微鏡的探針，首先將探針定位到將要移動的分子的位置，然後將探針進一步的靠近一氧化碳分子，調高隧道電流的大小，在針尖原子和受控原子之間建立起具有吸引作用的化學鍵。最後就可以移動探針來「牽引」受控分子到達設定的位置。

在創造出242幀這樣的定格動畫後，再將它們連起來播放並配上音樂，「世界最小電影」就這樣誕生了。

有人可能會懷疑IBM的「拍攝」技術，因為他們在影片中看到一圈又一圈的「重影」。實際上，這正好顯示了微觀世界的奇妙。這些「重影」正是一氧化碳分子靠近銅襯底時，在銅板上的銅原子電子中產生的干擾。那一圈圈的波紋是電子的概率波的體現（延伸閱讀：《量子力學中的波》），類似於把物體放在水面上時引起的漣漪。

這樣的技術有何現實意義呢？還記得影片第一幕那緊密排列的12個原子嗎？影片正是以此紀念IBM科學家在存儲領域的一個突破——成功地使用12個原子存儲一比特位的數據。要知道以目前的技術，存儲一比特位數據需要多達一百萬個原子，更少的原子使用意味著更小的存儲器件和更大的數據量，也許未來的手機等智能設備可以做的極其微小。

什麼？還要問這部影片有什麼價值？這是科學家們的一種娛樂方式——我們就是能做到！

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